ORT-66263 Analyse instrumentale de la parole (cours 1, 11 sept

LIN-1621
Phonétique
Lucie Ménard et Annie Brasseur
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6. Phonétique perceptive
6.1. L’oreille
6.2. Le système auditif central
6.3. Correspondances perceptuelles des paramètres
physiques
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6.1 L’oreille
• Situation de l’oreille dans la boîte crânienne:
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• L’oreille se divise en trois parties: l’oreille externe, oreille
moyenne et oreille interne:
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L’oreille externe
• Sa fonction principale est de
capter les vibrations aériennes
• Elle se compose :
– du pavillon (sorte de cornet
acoustique, qui dirige le flux
sonore dans le conduit auditif
externe) ;
– du conduit auditif externe (sorte
de tuyau cylindrique d’environ
25 mm de long et de 6 à 8 mm
de diamètre) ;
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L’oreille externe
• Elle joue le rôle de résonateur qui amplifie d’environ deux fois les
pressions sonores pour les fréquences comprises entre 2000 et 5000 Hz
L’oreille moyenne
• Lieu de l’amplification de l’énergie sonore;
• Elle est constituée de la caisse tympanique (cavité de 1 à 2 cm3) qui
comprend:
– Le tympan: membrane élastique, mince (0,1 mm), circulaire, de 30 à
60 mm2 d’aire. Le tympan peut entrer en vibrations pour toutes les
fréquences de 16 à 16000 Hz. La troupe d’Eustache (3 à 4 cm), reliée
au pharynx, assure une égalisation de la pression aérienne moyenne
des deux côtés du tympan ;
***Parfois inclus dans l’oreille externe.
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Le tympan:
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L’oreille moyenne
– les osselets : une chaîne d’osselets
(marteau, enclume, étrier) reliés entre
eux par des articulations peu mobiles,
est fixée, par des ligaments, d’un côté
au tympan (le marteau), de l’autre à la
fenêtre ovale (l’étrier). Les osselets
jouent le rôle de levier en multipliant
par trois l’énergie sonore reçue par le
tympan. En ajoutant la différence de
surface entre le tympan et la fenêtre
ovale, l’amplification totale depuis le
pavillon jusqu’à la fenêtre ovale est
de 180 fois l’énergie initiale.
tympan
Fenêtre
ovale
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L’oreille moyenne
• Ce gain d’énergie est nécessaire pour le passage des vibrations d’un
milieu gazeux (l’air) au milieu liquide de l’oreille interne.
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L’oreille interne
• Lieu de transformation des vibrations mécaniques en influx nerveux ;
• Elle comprend:
– les canaux semi-circulaires (organe d’équilibration)
– le vestibule
– la cochlée (ou limaçon): ce canal membraneux, de 25 à 35 mm de
long, enroulé sur un peu plus de deux tours et demi, est limité par
trois membranes, dont la membrane basilaire (32 mm). Cette dernière
supporte l’organe de Corti, contenant quelque 15 à 20000 cellules
ciliées, d’où partent les fibres nerveuses du nerf de l’audition (nerf
cochléaire) et où la pression hydraulique se convertit en impulsions
électriques;
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L’oreille interne
Canaux semicirculaires
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L’oreille interne
Fenêtre ovale
Fenêtre ronde
• Fonctionnement de la cochlée:
– Une matière membraneuse appelée canal cochléaire divise la cochlée sur
presque toute sa longueur en deux régions : la rampe vestibulaire, du côté de la
fenêtre ovale, et la rampe tympanique, de l’autre côté. Ces deux régions sont
remplies d’un fluide deux fois visqueux comme l’eau et appelé périlymphe. Le
canal cochléaire est creux. À la pointe du limaçon s’ouvre un passage,
l’hélicotrème, qui permet au fluide de passer d’une rampe à l’autre. La rampe
tympanique aboutit à la fenêtre ronde, obturée par une membrane et donnant sur
l’oreille moyenne.
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L’oreille interne
• Fonctionnement de la cochlée:
•
Le canal cochléaire est rempli d’un fluide très visqueux et presque gélatineux
qui s’appelle endolymphe. Ce conduit est isolé de la rampe vestibulaire par la
membrane de Reissner et il est isolé de la rampe tympanique par la
membrane basilaire.
Membrane de
Reissner
Membrane basilaire
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L’oreille interne
• Fonctionnement de la cochlée:
– La membrane basilaire est très étroite à la base du limaçon (0,04 mm
environ) et très large près de l’hélicotrème (près de 0,5 mm). De plus,
elle est plutôt raide, mais légère, près de la fenêtre ovale, tandis que
près de l’hélicotrème, elle est plutôt relâchée et massive. Entre ces
extrêmes, le long de la cochlée, la transition est graduelle.
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L’oreille interne
• Fonctionnement de la cochlée:
– Lorsqu’une onde simple est transmise, le canal
cochléaire entre en vibration, mais l’amplitude
de la vibration en différents points du parcours
dépend largement de la fréquence d’origine. Aux
hautes fréquences, la vibration la plus forte se
situe près de la fenêtre ovale, là où la
membrane basilaire est la plus légère. Aux
fréquences inférieures, le point d’amplitude
maximum gagne la région large de l’extrémité.
La structure de la membrane basilaire tend donc
à répartir le point de réponse maximum à la
stimulation selon les fréquences.
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L’oreille interne
• Fonctionnement de la cochlée:
– Sur la membrane basilaire se trouvent des milliers de cellules appelées
“cellules ciliées”. L’ensemble de ces cellules est appelé “organe de Corti”.
C’est l’organe de conversion des ondes mécaniques de la membrane
basilaire aux ondes électrochimiques transmises au cerveau.
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L’oreille interne
• Fonctionnement de la cochlée:
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L’oreille interne
• Fonctionnement de la cochlée:
– Il y a 4 rangées de cellules ciliées, une interne et trois externes, sur presque
toute la longueur de la membrane basilaire, de la fenêtre ovale à
l’hélicotrème. Il y a au total environ 3500 cellules internes et 20 000 cellules
externes.
– Quand la membrane basilaire vibre sous l’influence d’ondes sonores, les
cellules ciliées se recourbent. Ces cellules stimulent alors les fibres
nerveuses par l’organe de Corti, en produisant des impulsions
électrochimiques qui atteignent le cerveau par le nerf auditif.
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6.2. Le système auditif central
• L’on reconnaît généralement que la membrane basilaire
effectue, au résultat, une décomposition de l’onde complexe en
ses composants simples (similaire à un spectre).
• Comme démontré auparavant, la membrane basilaire est mince
à la base et épaisse à l’autre extrémité. Au résultat, la base de la
membrane basilaire répond aux sons de haute fréquence, alors
que le bout répond aux basses fréquences.
• C’est ce qu’on appelle la tonotopie cochléaire.
• L’oreille interne envoie par la suite au cerveau un signal
bioélectrique correspondant à chacune des composantes de
l’onde, par l’intermédiaire du nerf cochléaire.
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Le trajet du son
de la cochlée au
cerveau
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6.3. Correspondances perceptives
des paramètres physiques
• La fréquence correspond à la hauteur perçue d’un son: plus la
fréquence est élevée, plus le son est perçu haut;
• L’intensité, en dB, correspond à la force perçue, plus le nombre
de dB est important, plus le son perçu est fort;
• La durée correspond à la durée perçue d’un son;
• Mais la relation entre ces paramètres objectifs et leurs
homologues subjectifs n’est pas linéaire. Par exemple, une
différence de 100 Hz, dans les basses fréquences, ne sera pas
perçue équivalente à une différence de 100 Hz dans les hautes
fréquences. Les chercheurs ont donc conduit des expériences
psychoacoustiques afin de mettre au point des échelles
d’équivalence perceptive des paramètres physiques
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• Une première échelle a été établie pour rendre compte de façon
quantitative des différences de sensations perçues relativement à la
force d’un son (intensité). Il s’agit du décibel.
dB
Pa
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•
Hauteur perçue: Une échelle quantitative
de la hauteur perçue a été établie
également par des expériences
psychoacoustiques. On a donné le nom de
Mel à l’unité de hauteur. Pour graduer
l’échelle, on a fixé à 1000 Mels la hauteur
d’un son de fréquence 1000 Hz, 0 Mel
égalant 0 Hz. Le reste de l’échelle est
proportionnel. La courbe des hauteurs
ainsi réalisée indique que notre évaluation
perceptive de la hauteur d’un son est loin
d’être proportionnelle à sa fréquence.
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• Relation fréquence-intensité perçue: la perception de la fréquence
influence la sensation subjective de force du son (intensité perçue).
C’est l’échelle de Fletcher.
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Apprendre à percevoir….
• Les étapes du développement du langage chez le bébé sont
reprérées plus précisément depuis les années 1970-1980;
• En ce qui concerne la perception, il a été montré que le bébé
pouvait percevoir beaucoup de sons dès la naissance.
• Ex.: la distinction entre /pa/ et /ba/
La méthodologie exploitait la méthode de succion non nutritive
(High Amplitude Sucking, HAS) utilisée jusqu’alors pour la vision;
Méthode HAS: Mesure du taux de succion de l’enfant à qui l’on
présente différents stimuli. Plus l’enfant est intéressé par un
stimulus, plus son taux de succion est élevé;
Habituation: lorsque l’enfant s’habitue à un stimulus, le taux de
succion diminue.
Eimas et al., 1971
Ramus, LSCP, Paris
Pas spécifique aux humains…
-Capacités de perception catégorielle chez les chinchillas (Kuhl et Miller,
1975)
• Chinchillas entraînés à reconnaître deux exemplaires extrêmes de [da] et
[ta]
• Après conditionnement de plusieurs mois: 96% de discrimination
• Testés sur syllabes de voisements intermédiaires entre [da] et [ta]
• Leurs taux d’identification (certaines syllabes identifiées comme [da]
d’autres comme [ta]) sont alors proches de ceux des humains
Perception chez les bébés plus âgés…
Méthodologie:
• La méthode de succion non-nutritive n’est pas applicable aux bébés plus
âgés (6 à 12 mois ici)
• Les chercheurs ont utilisé la technique de conditionnement de
l’orientation du regard (head-turn preference procedure, HPP),
développée à l’origine pour la détection de seuil auditif
Hypothèse de la surdité phonologique:
• À la naissance, les bébés ont la capacité de percevoir des
phonèmes de n’importe quelle langue;
• Puis, au fur et à mesure qu’ils entendent leur langue
maternelle, ils ne perçoivent plus que les phonèmes qui sont
utilisés dans leur langue;
• Effet aimant
• Apprentissage par « oubli » ou « sélection »
• À noter cependant: l’exception des clics (Best et al., 1998)
Pas de perte de sensibilité aux clics chez les anglophones
même après l’âge d’un an.
Le clic n’est pas en concurrence articulatoire ni acoustique
avec d’autres phonèmes, n’appartient pas à l’espace
phonologique de l’anglophone.
• Autres méthodes de mesure chez les bébés: EEG, activité
électrique cérébrale
• Autres méthodes de mesure chez les bébés: imagerie
optique (Near InfraRed Spectroscopy), mesure de
l‟oxygénation du cerveau, liée à l’activité cérébrale
• Autres méthodes de mesure chez les bébés: IRMf, mesure
de la réponse hémodynamique liée à l’activité cérébrale
Autres préférences perceptives (ou biais) à la naissance:
• Préférence pour les histoires lues par la mère pendant la grossesse
plutôt que pour les nouvelles histoires
• Préférence pour la voix maternelle
• Préférence pour la parole adressée à l’enfant (infant-directed speech)
plutôt qu’à l’adulte (F0 plus élevée, voyelles plus longues, plus de
variations de F0 et de rythme)
• Préférence pour des sons de parole plutôt que du son non-parole
• Discrimination entre langues de classes rythmiques différentes
• Discrimination de durées et de F0 entre voyelles
Résumé
Âge
Naissance
Capacité perceptive
-préférence pour la voix de la mère
-préférence pour la langue maternelle
-discrimination de langues de différentes classes
rythmiques
1-2 mois
-discrimination des contrastes /b/ vs. /d/, /p/ vs. /b/, /b/
vs. /m/
même pour les contrastes absents de la langue
maternelle
2-5 mois
-catégorisation des sons malgré les variations de
l’intonation
-reconnaissance d’une syllabe dans des énoncés
différents
-capacité de détecter des dialectes
-reconnaissance du prénom
Résumé
Âge
6-8 mois
8-10 mois
Capacité perceptive
-catégorisation des voyelles selon la langue maternelle
(perte des contrastes vocaliques non-maternels)
-détection des indices de fin de phrase
-correspondances entre voyelles et mouvements de la
bouche (multimodalité)
-détection des frontières de groupes syntaxiques et
rythmiques
-préférence pour les formes de mots respectant
l’accentuation de la langue maternelle
-préférence pour les formes respectant les contraintes
phonotactiques de la langue maternelle
-début de la compréhension de mots en contexte